材料物理性能
实验指导书
张小敏编著
金陵科技学院材料工程学院监制
二零一六年九月
前言
《材料物理性能综合训练实验指导书》根据材料物理性能检验教学大纲编写的。本指导书结合现有的实验设备编排了个基础实验，本书叙述的实验操作是按照实验室自身设备情况和设备使用说明书编写的，实验实施性强、操作规范、操作方法正确。本书的数据处理参照相应的标准和规定编写的。材料物理性能实验是重要的教学环节，通过物理性能实验可以引导学生了解实验原理及实验设备，有助于学生对金属及合金的物理性能与成分、组织、结构之间的关系进一步了解，有助于学生掌握有关的物理性能的测量手段。
目录
实验一：洛氏硬度实验........................................................................................................ - 4 - 实验二：碳纤维复合材料和硅片的导电性测定................................................................ - 9 - 实验三：胶黏剂拉伸剪切强度的测定方法.......................................... 错误！未定义书签。实验四：树脂基复合材料热变形温度及维卡软化点的测定.............. 错误！未定义书签。实验五：保温复合材料导热系数测定.............................................................................. - 20 -
实验一：洛氏硬度实验
实验学时：4
实验类型：验证
实验要求：必修
一、实验目的
1. 了解洛氏硬度计的构造及应用范围。
2．熟悉洛氏硬度计的操作方法。
二、实验内容
用洛氏硬度计测试金属的洛氏硬度。
三、实验原理、方法和手段
硬度试验操作简便，对工件损伤小，可在零件上直接测试，故在生产实践中应用很普遍。硬度所表征的不是一个确定的物理量，它是衡量材料软硬程度的一种性能指标。硬度值的意义随试验方法而不同。硬度试验基本上可分为压入法和刻划法。对于以压入法进行的硬度试验，其硬度值是表示材料抵抗另一物体压入其表面的能力，洛氏、布氏和维氏硬度都属于压入法硬度试验。
（一）洛氏硬度试验法。
1.洛氏硬度是以压痕的深度来表示
材料的硬度值。图1-1为洛氏硬度试验
原理图。
测试洛氏硬度时，用规定的压头，
先后施加两个负荷：预负荷F0和主负
荷F1。总负荷F= F0+F1。图1-1中，
0-0位置为未加负荷时的压头位置；l-l
位置为施加10kg预负荷后的位置，压
入深度为h1；2-2位置为加上主负荷后
的位置，此时压入深度为h2；3-3位置图1-1 洛氏硬度试验原理
为卸除主负荷后由于弹性变形的恢复而
使压头略微提高的位置，此时压头的实际压入深度为h3。由主负荷引起的残余压入深度
h=h 3-h 1，用此来衡量金属硬度值的大小。若直接用h 来表示硬度，则会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值反而大的现象。不符常规。为了适宜人们认为数值愈大硬度值愈高的习惯概念，人为规定，用一常数K 减去h 来表示硬度的太小，并规定每0.002mm 为一个洛氏硬度单位。因此，洛氏硬度值的计算公式可写成：
002
.0)
(13h h K HR --=
式中：h 1—预加负荷压入试样的深度(mm)； h 3—卸除主负荷后压人试样的深度(mm)；
K 一常数。A 和C 标尺K=0.2mm ，B 标尺K=0.26mm 。 因此，洛氏硬度值的计算公式还可以写成：
002
.0100)HRA ( HRC 1
3h h --
=或 0.002
h -h -
130 HRB 13=
试验时，可选用不同的压头和不同的主负荷，洛氏硬度标尺也随之变化。表1为各种洛氏标尺及试验条件。
表 1 各种洛氏标尺及实验条件
金刚石 120°圆锥
钢球1/16″ 钢球1/8″ 钢球1/4″ 钢球1/2″
60 A F H L R 100 D B E M S 150
C
G
K
P
V
表1 中最常用的是HRA 、HRB 、HRC 等三种。表2为这三种洛氏硬度标尺的试验条件和应用。
表 2 三种洛氏硬度标尺的试验条件和应用
压
头
标
尺
符
号 总 负 荷
（ 公 斤
力 ）
洛氏硬度
值测量范围HR 标
尺
压头
形状
预负
荷
（公
斤
力）
主负
荷
（公
斤
力）
总负
荷
（公
斤
力）
符号
大致
相当
的维
氏硬
度值
表盘
上刻
度的
颜色
应用
20-10 0 C
金刚
石
120°
圆锥
10 140 150 HRC
240-90
黑
碳钢、工
具钢及合
金钢等淬
火和回火
后的硬度
20-10 0 B
1/16″
钢球
10 90 100 HRB 60-240 红
有色金属
及合金退
火锅等低
硬度零件
的硬度
20-88 A 金刚
石
120°
圆锥
10 50 60
HR
A
390-90
黑
碳化物、
硬质合金
及表面硬
化零件等
四、实验组织运行要求
采用分组集中授课，学生独立进行实验。
五、实验条件
1．洛氏硬度计。
2．待测试金属试样。
六、实验步骤
当工作过程显示窗口显示“OP”，表示硬度计已进入硬度试验状态，即可进行硬度试验，其步骤如下：
1、将试样放在试台上，顺时针转到升降手轮，使试样缓慢地接触压头。
2、继续转到升降手轮，使硬度值显示窗口显示的数值由“100.0”逐渐增加，当显示数大于
或等于“365.0”时，电磁制动器自动锁紧升降手轮，初试验力即施加完毕，随之硬度计自动地完成下列工作：
a、硬度值显示窗口显示“100.0”或“130.0”（有时会有正负0.1的误差，属正常）
b、约0.5秒后，加卸荷电机转动，施加主试验力，指示灯灭，同时工作过程显示窗口
显示“AP”。
c、当主试验力施加完毕后，加卸荷电机停转，进入保荷阶段，工作过程显示窗口显
示“H—XX”，“XX”为保荷时间。
d、保荷完毕后，电机再次转动卸除主试验力，工作过程显示窗口显示“DO”。
e、当电机停止转动时，主试验力已卸除完毕，指示灯亮，此时硬度值显示窗口显示
出被测试件的硬度值。同时，工作过程显示窗口显示“OP”，如果打印机已打开，打印机会打出该点的硬度值（第一试验点不打印，第二试验点打印）。
3、读取硬度值后，逆时针转动升降手轮，降下试台。主机显示窗恢复100.0到此一个试
验循环结束。
4、移动试件选择新的试验点进行试验，一般情况下每个试样的第一点应删除，而且每个
试样的有效点数应不小于3个，两压痕中心及任一压痕离边缘的距离均不得小于3毫米，移动试件重复上述的操作步骤，进行第二、三······点的实验。
5、在打印机工作时，当每个试样的试验点数在达到设定点数时，打印机会打出该组数据
的平均值（A VE），如果已予置硬度上、下限，则会打印出该组数据中有几点超上限（PULDX），有几点超下限（PDLDX）。
6、当接着进行第二、三······个零件试验时，如果试验条件相同，不用重新予置，可接着
进行试验。
七、实验报告
学生实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分。认真填写实验内容、实验目的、实验仪器、设备及材料、布氏、洛氏硬度计的测定原理、实验步骤。
八、实验注意事项
l．根据试样形状及尺寸选用合适的工作台，试样的厚度不应小于10倍压痕深度。
2．为了得到精确的实验结果，试样上相邻压痕中心的距离以及压痕中心距试样边缘
的距离不得小于3mm。
3．硬度计共有三个砝码，分别标以A(4、7、8)、B(5)、C(6)。做HRA试验时用砝码A；做HRB试验时用砝码A和B；做HRC试验时用A、B和C三个砝码。
实验二：碳纤维复合材料和硅片的导电性测定
实验学时：4 实验类型：验证 实验要求：必修
1、掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法；
2、了解影响电阻率测量的各种因素及改进措施。 二、实验内容
用RTS-8型四探针电阻率方块电阻测试仪测试碳纤维复合材料和硅片的电阻率。 三、实验原理
电阻率的测量是半导体材料常规参数测量项目之一。测量电阻率的方法很多，如三探针法、电容---电压法、扩展电阻法等。四探针法则是一种广泛采用的标准方法，在半导体工艺中最为常用。
1、半导体材料体电阻率测量原理
在半无穷大样品上的点电流源， 若样品的电阻率ρ均匀， 引入点电流源的探针其电流强度为I ，则所产生的电场具有球面的对称性， 即等位面为一系列以点电流为中心的半球面，如图1所示。在以ｒ为半径的半球面上，电流密度ｊ的分布是均匀的：
若E 为ｒ处的电场强度， 则：
由电场强度和电位梯度以及球面对称关系， 则：
取ｒ为无穷远处的电位为零， 则：
dr
d E ψ
-
=dr r
I Edr d 2
2πρ
ψ-
=-=?
??∞∞I -=
-=)
(0
2
2r r r
r dr
Edr d ψπ
ρ
ψ
图1 点电流源电场分布
图3 四探针法测量原理图
（1）
上式就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离为ｒ的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离ｒ处的点的电势的贡献。
对图2所示的情形，四根探针位于样品中央，电流从探针1流入，从探针4流出， 则可将1和4探针认为是点电流源，由1式可知，2和3探针的电位为：
2、3探针的电位差为：
此可得出样品的电阻率为：
上式就是利用直流四探针法测量电阻率的普遍公式。 我们只需测出流过1、4 探针的电流I 以及2、3 探针间的电位差V 23，代入四根探针的间距， 就可以求出该样品的电阻率ρ。实际测量中， 最常用的是直线型四探针（如图3所示）， 即四根探针的针尖位于同一直线上，并且间距相等， 设r 12=r 23=r 34=S ，则
有：S I
V πρ223
=
需要指出的是： 这一公式是在半无限大样品的基础上导出的，实用中必需满足样品厚度及边缘与探针之间的最近距离大于四倍探针间距， 这样
才能使该式具有足够的精确度。
如果被测样品不是半无穷大，而是厚度，横向尺寸一定，进一步的分析表明，在四探针法中只要对公式引入适当的修正系数B O 即可，此时：
(
223
I V πρ=
134132412)1111-+--r r r r r
l r πρψ2)(=)1
1(224
122r r I -=
πρψ)11(234
133r r I -=
πρψ)1111(234
1324123223r r r r I V +--=
-=πρψψ
另一种情况是极薄样品，极
薄样品是指样品厚度d 比探针间距小很
多，而横向尺寸为无穷大的样品，这时从探针1流入和从探针4流出的电流，其等位面近似为圆柱面高为d 。
任一等位面的半径设为ｒ，类似于上面对半无穷大样品的推导，很容易得出当r 12=r 23=r 34=S 时，极薄样品的电阻率为：
上式说明，对于极薄样品，在等间距探针情况下，探针间距和测量结果无关，电阻率和被测样品的厚度d 成正比。
就本实验而言，当１、２、３、４四根金属探针排成一直线且以一定压力压在半导体材料上，在１、４两处探针间通过电流I ，则２、３探针间产生电位差V 23。
材料电阻率： (2)
（2）式中：S 为相邻两探针１与２、２与３、３与４之间距， 就本实验而言，S=1mm ， C ≈6.28±0.05 (mm)。
若电流取I = C 时，则ρ＝V ，可由数字电压表直接读出。 2、薄层电阻（方块电阻）的测量
薄层电阻率为：
实际工作中，我们直接测量薄层电阻，又称方块电阻，其定义就是表面为正方形的半导体薄层，在电流方向所呈现的电阻，见下图。
S IB V πρ20
23
=
极薄样品，等间距探针情况
C I
V
S I V 23232==
πρ
所以：
因此有:
四、实验组织运行要求
采用分组集中授课，学生独立操作。
五、实验步骤
1）使用仪器前检查电源线、测试架连接线是否连接好。确保前面板上粗调旋钮在最小位置，恒流源开关处于关闭状态。ρ/R键选择R，手动模式。
2）电源插头插入220V插座后，开启背板上的电源开关，此时前面板上的数字表、发光二极管都会亮起来。
3）将探针头压在样品上，打开恒流源开关，电流会自动选择在1.0mA档。电流档的选择采用循环步进式的方式，每按一次电流选择按钮进一档。电流档按以下顺序不断的循环：1.0mA→10mA→100mA→0.01mA→0.1mA→1.omA→……
4）电流选择从小量程0.01mA开始，一般调到04532。调节粗调旋钮使前三位达到目标值，再调节细调旋钮使后两位达到目标值。若电压表无数值显示，选择大的电流量程，同样调节到04532。若电压表还是没数值显示，则继续增大电流量程。
5）由于本机中已有小数点处理环节，无需考虑电流、电压的单位。电压表的读数即为样品的方块电阻值（Ω/□）。
6）测量完毕，将粗调调到最小值，关闭恒流源、电源，盖上探头保护帽。
六注意事项
1）仪器测量电流分五档，读数方法如下：1mA档显示五位100000时，表示电流为1mA。如1mA档显示04532时，表示电流为0.4532mA。
2）
()()
///
SP T
R V I F F W S F S D F
=
W为样品厚度；F(W/S)为厚度修正系数；F(S/D)
为直径修正系数；FSP探针间距修正系数，一般取4.532；FT温度修正系数(具体值见附
表)。测量选择
()()
// 4.532
SP T
I F F W S F S D F
=≈
，则电压表读数V＝R□。
3）恒流开关是在发现探针带电压接触被测材料影响测量数据时使用，先压触被测材料，后开开关避免接触瞬间打火。为提高工作效率，且带电接触对测量无影响，恒流源可一直处于开的状态。
4）正、反向开关只有在手动状态下才能人工控制。因此当手动开关不起作用时，先检查开关是否处于手动状态。
七实验数据
实验三：胶黏剂拉伸剪切强度的测定方法
一实验原理
试样为单搭接结构，在试样的搭接面上施加纵向拉伸剪切力，测定试样能承受的最大负荷。搭接面上的平均剪应力为胶粘剂的金属对金属搭接的拉伸剪切强度，单位为MPa。
二实验装置及试样
1）试验机。使用的试验机应使试样的破坏负荷在满标负荷的（15~85）%之间。试验机的力值示值误差不应大于1 %。试验机应配备一副自动调心的试样夹持器，使力线与试样中心线保持一致。试验机应保证试样夹持器的移动速度在(5±1) mm/min内保持稳定。
2）量具。测量试样搭接面长度和宽度的量具精度不低于0.05 mm。
3）夹具。胶接试样的夹具应能保证胶接的试样符合要求。在保证金属片不破坏的情况下，试样与试样夹持器也可用销、孔连接的方法。但不能用于仲裁试验。
4）试样标准试样的搭接长度是（12.5±0.5）mm，金属片的厚度是(2.0±0.1) mm，试样的搭接长度或金属片的厚度不同对试验结果会有影响。
5）建议使用L Y12-CZ铝合金、1Cr18Ni9Ti不锈钢、45碳钢、T2铜等金属材料。
6）常规试验，试样数量不应少于5个。仲裁试验试样数量不应少于10个。
对于高强度胶粘剂，测试时如出现金属材料屈服或破坏的情况，则可适当增加金属片厚度或减少搭接长度。两者中选择前者较好。
测试时金属片所受的应力不要超过其屈服强度σS，金属片的厚度δ可按式（11-12）计算：
δ＝（L·τ）/σS（11-12）式中：δ——金属片厚度；
L——试样搭接长度；
τ——胶粘剂拉伸剪切强度；
σS——金属材料屈服强度（MPa）。
三、试样制备
1）试样可用不带槽或带槽的平板制备，也可单片制备。
2）胶接用的金属片表面应平整，不应有弯曲、翘曲、歪斜等变形。金属片应无毛刺，边缘保持直角。
3）胶接时，金属片的表面处理、胶粘剂的配比、涂胶量、涂胶次数、晾置时间等
胶接工艺以及胶粘剂的固化温度、压力、时间等均按胶粘剂的使用要求进行。
4）制备试样都应使用夹具，以保证试样正确地搭接和精确地定位。
5）切割已胶接的平板时，要防止试样过热，应尽量避免损伤胶接缝。
四、试验条件
试样的停放时间和试验环境应符合下列要求：
1）试样制备后到试验的最短时间为16 h，最长时间为30 d。
2）试验应在温度为（23±2）℃、相对湿度为（45~55）%的环境中进行。
3）对仅有温度要求的测试，测试前试样在试验温度下停放时间不应少于0.5 h；对有温度、湿度要求的测试，测试前试样在试验温度下停放时间一般不应少于16 h。
五、实验步骤
1）用量具测量试样搭接面的长度和宽度，精确到0.05 mm。
2）把试样对称地夹在上下夹持器中，夹持处到搭接端的距离为（50±1）mm
3）开动试验机，在(5±1) mm/min内，以稳定速度加载。记录试样剪切破坏的最大负荷，记录胶接破坏的类型（内聚破坏、粘附破坏、金属破坏）。
六、试验结果
对金属搭接的胶粘剂拉伸剪切强度τ按式（11-13）计算，单位为MPa。
τ= F /（b·l）（11-13）式中：F——试样剪切破坏的最大负荷；
b——试样搭接面宽度；
l——试样搭接面长度；
试验结果以剪切强度的算术平均值、最高值、最低值表示。取3位有效数字。
实验四：树脂基复合材料热变形温度及维卡软化点的测定
一、实验目的
1．学会使用热变形温度－维卡软化点测定仪。
2．了解塑料在受热情况下变形温度测定的物理意义。
3．掌握塑料的维卡软化点的测试方法。测定PP、PS等试样的维卡软化点。
二、实验原理
塑料试样浸在一个等速升温的液体传热介质中（甲基硅油），在简支架式的静弯曲负载作用下，试样达到规定形变量值时的温度，为该材料的热变形温度（HDT）。
聚合物的耐热性能，通常是指它在温度升高时保持其物理机械性质的能力。聚合物材料的耐热温度是指在一定负荷下，其到达某一规定形变值时的温度。发生形变时的温度通常称为塑料的软化点。因为使用不同测试方法各有其规定选择的参数，所以软化点的物理意义不像玻璃化转变温度那样明确。常用维卡耐热和马丁耐热以及热变形温度测试方法测试塑料耐热性能。不同方法的测试结果相互之间无定量关系，它们可用来对不同塑料做相对比较。
维卡软化点是测定热塑性塑料于特定液体传热介质中，在一定的负荷，一定的等速升温条件下，试样被1mm2针头压入1mm时的温度。本方法仅适用于大多数热塑性塑料。
实验测得的热变形温度和维卡软化点仅适用于控制质量和作为鉴定新品种热性能的一个指标，不代表材料的使用温度。
三、实验仪器及试样
1．仪器
本实验采用XRW-300ML热变形温度-维卡软化点测定仪。热变形温度测试装置原理如图1所示。加热浴槽选择对试样无影响的传热介质－甲基硅油，室温时粘度较低。可调等速升温速度为（120±10）℃/h。两个试样支架的中心距离为100mm，在支架的中点能对试样施加垂直负载，负载杆的压头与试样接触部分为半圆形，其半径为（3±0.2）mm。实验时必须选用一组大小适合的砝码，使试样受载后的最大弯曲正应力为18.5kg/cm2或4.6 kg/cm2。应加砝码的质量由下式计算：
W=(2σbh2/3L）－R-T
式中σ：试样最大弯曲正应力（18.5kg/cm2或4.6 kg/cm2）；
b：试样宽度，若为标准试样，则试样宽度为10mm；
h：标准试样高15mm，若不是标准试样，则需测量试样的真实宽度及高度；
L：两支座中间的距离100mm；
R：负载杆及压头的质量；
T：变形测量装置的附加力。
对于本实验所用热变形温度-维卡软化点测定仪，其负载杆等重及附加力（R+T）为0.088kg。测量形变的位移传感器精度为±0.01mm。
图1 热变形温度实验装置示意
维卡软化点温度测试原理如下图2所示。负载杆压针头长3～5mm，横截面积为（1.000＋0.015）mm2，压针头平端与负载杆成直角，不允许带毛刺等缺陷。加热浴槽选择对试样无影响的传热介质－甲基硅油，室温时粘度较低。可调等速升温速度为（50±5）℃/h，试样承受的静负载G=W+R+T(其中，W为砝码质量；R为压针及负载杆的质量；T为变形测量装置附加力)，本实验装置R+T为0.088kg。负载有两种选择：G A＝1kg；G B＝5kg。测量形变的位移传感器精度为±0.01mm。
图2 维卡软化点实验装置示意
2．试样
热变形温度测定实验中，试样为截面是矩形的长条，试样表面平整光滑，无气泡，无锯切痕迹或裂痕等缺陷。其尺寸规定如下。
（1）模塑试样：长L=120mm，高h＝15mm，宽b＝10mm。
（2）板材试样：长L＝120mm，高h＝15mm，宽b＝3～13mm（取板材原厚度）。
（3）特殊情况下，可以用长L＝120mm，高h＝9.8～15mm，宽b＝3～13mm，中点弯曲变形量必须用下表1规定值。每组试样最少两个。
表1 试样高度与相应变形量要求
试样高度h/mm
相应变形量
/mm
试样高度
h/mm
相应变形量
/mm
9.8～9.9 0.33 12.4～12.7 0.26
10～10.3 0.32 12.8～13.2 0.25
10.4～10.6 0.31 13.3～13.7 0.24
10.7～11.0 0.30 13.8～14.1 0.23
11.0～11.4 0.29 14.2～14.6 0.22
11.5～11.9 0.28 14.7～15.0 0.21
12.0～12.3 0.27
维卡实验中，试样厚度为3～6.5mm，宽和长至少为10mm×10mm，或直径大于10mm。试样的两面平行，表面平整光滑、无气泡、无锯齿痕迹、凹痕或裂痕等缺陷。每组试样为两个。
（1）模塑试样厚度为3～4mm。
（2）板材试样厚度取板材厚度，但厚度超过6mm时，应在试样一面加工成3～4mm。如厚度不足3mm时，则可由不超过3块叠合成厚度大于3mm。
四、实验步骤
1．安装压针或压头。
2．接通电源，按下电源按钮，电源指示灯亮。
3．进行主试样的安放，并进行载荷计算和加载。
4．设定升温速率和温度上限。
5．千分表调零后，打开搅拌电机使介质均匀加热，然后启动试验。
6．需要重新启动或重新设置参数时，按“复位”键。
7．在实验过程中，当试样到达指定变形量后，记录数据。
8．试验结束后立即把试样取出，以免试样融化或掉在介质箱中。
9．按“读”键，查询试验数据，并计算其平均值。
实验五：保温复合材料导热系数测定
一、实验目的
1．明确材料拉伸弹性模量的物理意义；
2．用拉力试验机测定高分子的弹性模量E。
3．了解不同材料拉伸实验的条件以及影响材料拉伸性能的因素。
二、实验原理
仪器是以非稳定导热原理为基础，在实验材料中短时间加热，使实验材料的温度发生变化，根据其变化的特点，通过导热微分方程的解，便可计算出试验材料的导热系数、传热系数、蓄热系数、导温系数和比热。
根据非稳态导热原理建立的热工性能试验装置是由电源、测温仪表及一个面加热器和放置在加热器两侧相同材料的三块试件及测温热电偶组成。仪器装置共分三部分：
1、试件部份：包括试件，试件台及夹具。
为便于放置热电偶及加热器，试件分成三块(二块厚、一块薄),试件之间夹以热电偶与加热器，并用夹具固紧。
2、加热系统：
包括加热器，4650数显可编程电源。
加热器是用直径为0.25毫米的康铜丝绕成三段并联的形式，并用薄的绝缘绸布固定。
4650数显可编程电源可精确显示通过加热电器的电流值、电压值、功率。
3、温度测量系统：
温度测量采用直径为0.1mm的铜一康铜热电偶。测量温度的仪表是AL708高精度数显温度表。
三、实验设备及材料
1）试件三块为一组，其中两块厚，一块薄。试件的长和宽一般等于或大于薄试件厚度的8倍，厚试件和薄试件厚度比应为3：1，通常试件尺寸为：薄试件一块20×20×（1.5～3）cm
厚试件两块20×20×（6～10）cm
若知材料导温系数时,薄试件厚度可按下列数值选用：
材料的导温系数：薄试件的厚度：
a（m2/h）δ（mm）
期末复习题 一、填空（20） 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈 介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 ．当磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子。 13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 19．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 24.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 25.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释(20) 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。
年级：八年级姓名：日期：地点：物理实验室 实验名称：探究平面镜成像的特点 一、实验目的 观察平面镜成像的情况，找出成像的特点。 二、实验仪器和器材. 同样大小的蜡烛一对，平板玻璃一块，方座支架(或玻璃板支架)，白纸一张，三角板一对，刻度尺一把。 三、实验原理： 光的反射规律 四、实验步骤或内容： (1)检查器材。 (2)在桌上铺上白纸，在白纸上竖直的放上平板玻璃，在纸上记录玻璃板的位置。 (3)把点燃的蜡烛放在玻璃板前。 (4)移动未点燃的蜡烛，在玻璃板后让它跟点燃的蜡烛的像重合。 (5)观察两根蜡烛的位置、像与物的大小并记录。 (6)移动点燃的蜡烛，重复实验步骤(4)、( 5)两次。 (6)找出平面镜成像的特点及像的位置跟物体和平面镜的位置的关系。 (7)整理器材、摆放整齐。 五、实验记录与结论 1. 记录数据 实验结论 (1) 平面镜成像的大小与物体的大小相等 。 (2) ________________________________________________ 像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离______________________________________________ 相等
年级：八年级姓名：日期：11、15 地点：物理实验室 实验名称：探究凸透镜成像的特点 一、实验目的 探究凸透镜成放大和缩小实像的条件。 二、实验仪器和器材. 光具座，标明焦距的凸透镜，光屏，蜡烛，火柴，废物缸。 三、实验原理： 凸透镜成像的规律 四、实验步骤或内容： (1)检查器材，了解凸透镜焦距，并记录。 (2)把凸透镜、光屏安装在光具座上，位置基本正确。将点燃的蜡烛，安装在光具座上，通过调节，使透镜、光屏和烛焰中心大致在同一高度。 (3)找出2倍焦距点，移动物体到2倍焦距以外某处，再移动光屏直到屏幕上成倒立、缩小的、清晰的实像时为止，记下此时对应的物距U1。 (4)找出2倍焦距点，移动物体到2倍焦距以内且大于1倍焦距某处，再移动光屏直 到屏幕上成倒立、放大的、清晰的实像时为止，记下此时对应的物距U2。 (5)熄灭蜡烛，将蜡烛、凸透镜、光屏取下放回原处。 五、实验记录与结论 1?凸透镜的焦距=10 。 2. 记录数据： 3. 实验结论： 物体(蜡烛)到凸透镜的距离大于2倍焦距时，成倒立、缩小的实像。 物体(蜡烛)到凸透镜的距离小于2倍焦距大于1倍焦距时，成倒立、放大的实像。
《材料物理性能》教学大纲 教学内容: 绪论(1 学时) 《材料物理性能》课程的性质,任务和内容,以及在材料科学与工程技术中的作用. 基本要求: 了解本课程的学习内容,性质和作用. 第一章无机材料的受力形变(3 学时) 1. 应力,应变的基本概念 2. 塑性变形塑性变形的基本理论滑移 3. 高温蠕变高温蠕变的基本概念高温蠕 变的三种理论 第二章基本要求: 了解:应力,应变的基本概念,塑性变形的基本概念,高温蠕变的基本概念. 熟悉:掌握广义的虎克定律,塑性变形的微观机理,滑移的基本形态及与能量的关系.高温蠕变的原因及其基本理论. 重点: 滑移的基本形态,滑移面与材料性能的关系,高温蠕变的基本理论. 难点: 广义的虎克定律,塑性变形的基本理论. 第二章无机材料的脆性断裂与强度(6 学时) 1.理论结合强度理论结合强度的基本概念及其计算 2.实际结合强度实际结合强度的基本概念 3. 理论结合强度与实际结合强度的差别及产生的原因位错的基本概念,位错的运动裂纹的扩展及扩展的基本理论 4.Griffith 微裂纹理论 Griffith 微裂纹理论的基本概 念及基本理论,裂纹扩展的条件 基本要求: 了解:理论结合强度的基本概念及其计算;实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件熟悉:理论结合强度和实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件. 重点: 裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件难点: Griffith 微裂纹理论的 基本概念及基本理论 第三章无机材料的热学性能(7 学时) 1. 晶体的点阵振动一维单原子及双原子的振动的基本理论 2. 热容热容的基本概念热容的经验定律和经典理论热容的爱因斯坦模型热容的德拜模型 3.热膨胀热膨胀的基本概念热膨胀的基
怀化学院 大学物理实验实验报告 系别物信系年级2009专业电信班级09电信1班姓名张三学号09104010***组别1实验日期2009-10-20 实验项目:长度和质量的测量 【实验题目】长度和质量的测量
【实验目的】 1. 掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法。 2. 学会物理天平的调节使用方法，掌握测质量的方法。 3. 学会直接测量和间接测量数据的处理，会对实验结果的不确定度进行估算和分析，能正确地表示测量结果。 【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写) 直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(0～25mm,0.01mm),物理天平(TW-1B 型，分度值0.1g ，灵敏度1div/100mg),被测物体 【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图等) 一、游标卡尺 主尺分度值：x=1mm,游标卡尺分度数：n （游标的n 个小格宽度与主尺的n-1小格长度相等）,游标尺分度值： x n n 1 -（50分度卡尺为0.98mm,20分度的为：0.95mm ）,主尺分度值与游标尺分度值的差值为：n x x n n x =-- 1,即为游标卡尺的分度值。如50分度卡尺的分度值为：1/50=0.02mm,20分度的为：1/20=0.05mm 。 读数原理：如图，整毫米数L 0由主尺读取，不足1格的小数部分l ?需根据游标尺与主尺对 齐的刻线数k 和卡尺的分度值x/n 读取：n x k x n n k kx l =--=?1 读数方法（分两步）： (1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线k 读出不足一分格的小数,二者相加即为测量值.即: n x k l l l l +=?+=00,对于50分度卡尺：02.00?+=k l l ;对20分度：05.00?+=k l l 。实际读数时采取直读法读数。 二、螺旋测微器 原理：测微螺杆的螺距为，微分筒上的刻度通常为50分度。当微分筒转一周时，测微螺杆前进或后退mm ，而微分筒每转一格时，测微螺杆前进或后退50=。可见该螺旋测微器的分度值为mm ，即千分之一厘米，故亦称千分尺。 读数方法：先读主尺的毫米数（注意刻度是否露出），再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线（估读一位）,乖以, 最后二者相加。 三：物理天平 天平测质量依据的是杠杆平衡原理 分度值:指针产生1格偏转所需加的砝码质量，灵敏度是分度值的倒数，即n S m =?，它表示 天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数。如果天平不等臂，会产生系统误差，消除方法：复称法，先正常称1次，再将物放在右盘、左盘放砝码称1次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数)，则被测物体质量的修正值为：21m m m ?= 。 【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤) 1. 米尺测XX 面积：分别测量长和宽各一次。 2. 游标卡尺测圆环体积：(1)记下游标卡尺的分度值和零点误差。(2)用游标卡尺测量圆环
材料物理性能 第一章、材料的热学性能 一、基本概念 1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Q c ??= 2.比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。[ 与 物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ??=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。用Cm 表示。 4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容： 5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供 给 物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。 6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。t l l l ?=?α0 8.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。t V V t t V ??= 1α 9.热导率（导热系数）λ：在 单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。（标志 材 料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。)q=-λ△T/△X 。 10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。α=λ/ρc 。α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。α越大的材料各处的温度差越小。适用于非稳态不稳定的热传导过程。本质仍是材料传热能力。）。 二、基本理论
1.德拜理论及热容和温度变化关系。 答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。 ⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数； ②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波； ③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类； ④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位hν的整数倍。 ⑶结论：①当T》θD时，Cv,m=3R；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。 ②当T《θD时，Cv,m∝3T。 ③当T→0时，Cv,m→0，与实验大体相符。 ⑷不足：①由于德拜把晶体看成连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用； ②晶体不是连续介质，德拜理论在低温下也不符； ③金属类的晶体，没有考虑自由电子的贡献。 2.热容的物理本质。 答：温度一定时，原子虽然振动，但它的平衡位置不变，物体体积就没变化。物体温度升高了，原子的振动激烈了，但如果每个原子的平均距离保持不变，物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。 【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系； ⑵对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能力也不同； ⑶温度升高，晶格的振幅增大，该频率的声子数目也增大； ⑷温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。材料物理的解释】 3.热膨胀的物理本质。 答：由于原子之间存在着相互作用力，吸引力与斥力。力大小和原子之间的距离有关（是非线性关系，引力、斥力的变化是非对称的），两原子相互作用是不对称变化，当温度上升，势能增高，由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。即原子间距增大。 ⑴T↑原子间的平均距离↑r＞r0吸引合力变化较慢 ⑵T↑晶体中热缺陷密度↑r＜r0排斥合力变化较快 【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大（微观），宏观表现为体积、线长的增大】 4.固体材料的导热机制。 答：⑴固体的导热包括：电子导热、声子导热和光子导热。 ①纯金属：电子导热是主要机制； ②合金：声子导热的作用增强； ③半金属或半导体：声子导热、电子导热； ④绝缘体：几乎只有声子导热一种形式，只有在极高温度下才可能有光子导热存在。 ⑵气体：分子间碰撞，可忽略彼此之间的相互作用力。 固体：质点间有很强的相互作用。 5.焓和热容与加热温度的关系。P11。图1.8 ⑴①有潜热，热容趋于无穷大；⑵①无潜热，热容有突变
篇一：大学物理实验报告1 图片已关闭显示，点此查看 学生实验报告 学院：软件与通信工程学院课程名称：大学物理实验专业班级：通信工程111班姓名：陈益迪学号：0113489 学生实验报告 图片已关闭显示，点此查看 一、实验综述 1、实验目的及要求 1．了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。 2．学会直接测量、间接测量的不确定度的计算与数据处理。 3．学会物理天平的使用。 4．掌握测定固体密度的方法。 2 、实验仪器、设备或软件 1 50分度游标卡尺准确度=0.02mm 最大误差限△仪=±0.02mm 2 螺旋测微器准确度=0.01mm 最大误差△仪=±0.005mm 修正值=0.018mm 3 物理天平 tw-0.5 t天平感度0.02g 最大称量 500g △仪=±0.02g 估读到 0.01g 二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析） 1、实验内容与步骤 1、用游标卡尺测量圆环体的内外径直径和高各6次； 2、用螺旋测微器测钢线的直径7次； 3、用液体静力称衡法测石蜡的密度； 2、实验数据记录表 （1）测圆环体体积 图片已关闭显示，点此查看 （2）测钢丝直径 仪器名称：螺旋测微器(千分尺)准确度=0.01mm估读到0.001mm 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 测石蜡的密度 仪器名称：物理天平tw—0.5天平感量： 0.02 g 最大称量500 g 3、数据处理、分析 （1）、计算圆环体的体积 1直接量外径d的a类不确定度sd ,sd=○ sd=0.0161mm=0.02mm 2直接量外径d的b类不确定度u○ d. ud,= ud=0.0155mm=0.02mm 3直接量外径d的合成不确定度σσ○ σd=0.0223mm=0.2mm 4直接量外径d科学测量结果○ d=(21.19±0.02)mm d = 5直接量内径d的a类不确定度s○
实验一 复合材料弯曲强度测定 一、实验目的 了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。 二、实验原理 弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。 弯曲强度f σ，也称挠曲强度（单位MPa ），是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度s 是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离（㎜）。弯曲应变f ε是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：h L s f 62ε=（L 为试样跨度，h 为试样厚度）。 当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。 与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏，那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。 弯曲性能测试有以下主要影响因素。 ① 试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。 ② 加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。 ③ 应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。 ④ 试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可减少剪切应力，使三点弯曲更接近纯弯曲。 ⑤ 温度。就同一种材料来说，屈服强度受温度的影响比脆性强度大。 三、实验仪器 WDW1020型电子万能试验机 图1 支梁受到力的作用而弯曲的情况
期末复习题参考答案 一、填空 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 12．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 13.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。14．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 19. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 20.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。 滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个
有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。 禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。 价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。 马基申定则(马西森定则)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’：决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T)：取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率)，反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动：点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波：晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播，这种波称为格波，它是多频率振动的组合波。 热容：物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量，直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容：压力不变时求出的比热容。 比定容热容：体积不变时求出的比热容。 热导率：表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率：定义热导率的倒数为热阻率ω，它可以分解为两部分，晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率：它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位：W/(m·K) 热分析：通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时，伴随热函的突变。 反常膨胀：对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能：交换能E ex=－2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A＞0，φ＝0时，E ex最小，自旋磁矩自发排列同一方向，即产生自发磁化。当A＜0，φ＝180°时，E ex也最小，自旋磁矩呈反向平行排列，即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能，各向同性，比其它各项磁自由能大102～104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列，即自发磁化。 磁滞损耗：铁磁体在交变磁场作用下，磁场交变一周，B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量，称为磁滞损耗，通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化：技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。 请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线，它们分为几个阶段，各阶段电阻产生的机制是什么？为什么高温下电阻率与温度成正比？ 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ； 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD )；
1.微观粒子的波粒二象性 在量子力学里，微观粒子在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性。 2.波函数及其物理意义 微观粒子具有波动性，是一种具有统计规律的几率波，它决定电子在空间某处出现的几率，在t 时刻，几率波应是空间位置（x,y,z,t)的函数。此函数 称波函数。其模的平方代表粒子在该处出现的概率。 表示t 时刻、 （x 、y 、z ）处、单位体积内发现粒子的几率。 3.自由电子的能级密度 能级密度即状态密度。 dN 为E 到E+dE 范围内总的状态数。代表单位能量范围内所能容纳的电子数。 4.费米能级 在0K 时，能量小于或等于费米能的能级全部被电子占满，能量大于费米能级的全部为空。故费米能是0K 时金属基态系统电子所占有的能级最高的能量。 5.晶体能带理论 假定固体中原子核不动，并设想每个电子是在固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中运动，称单电子近似。用单电子近似法处理晶体中电子能谱的理论，称能带理论。 6.导体，绝缘体，半导体的能带结构 根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。从下图可以看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很 大。在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带E g ，电子由价带到导带需要外界供给能量，使电子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而通常导带中导电电子浓度很小。半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较窄(E g 小) ，电子跃迁比较容易 1.电导率 是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两 端 时，其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为，因而产生电流。电导率 是以欧姆定律定义为电流密度 和电场强度 的比率： κ=1/ρ 2.金属—电阻率与温度的关系 金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，当电子波通过一个理想品体点阵时(0K)，它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子被才受到散射(不相干散射)，这就是金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原于、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 金属电阻率在不同温度范围与温度变化关系不同。一般认为纯金属在整个温度区间产生电阻机制是电子-声子（离子）散射。在极低温度下，电子-电子散射构成了电阻产生的主要机制。金属融化，金属原子规则阵列被破坏，从而增强了对电子的散射，电阻增加。 3.离子电导理论 离子电导是带有电荷的离子载流子在电场作用下的定向移动。一类是晶体点阵的基本离子，因热振动而离开晶格，形成热缺陷，离子或空位在电场作用下成为导电载流子，参加导电，即本征导电。另一类参加导电的载流子主要是杂质。 离子尺寸，质量都远大于电子，其运动方式是从一个平衡位置跳跃到另一个平衡位置。离子导电是离子在电场作用下的扩散。其扩散路径畅通，离子扩散系数就高，故导电率高。 4.快离子导体（最佳离子导体，超离子导体） 具有离子导电的固体物质称固体电解质。有些
热学作业（一） 1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题？其本身又存在什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题？ 答：固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律，以及关于化合物热容的柯普定律。前者容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。后者容为：化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m 不随T 变化的问题。在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致，与实际情况相符，在0K 时C m 为0，但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T 变化，这与实际观察到的C m 按T 3变化的规律不一致。 之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的，而是相互间有耦合作用。 德拜模型主要考虑声频支振动的贡献，把晶体看作连续介质，振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带，从而较为准确地处理了热振动频率的问题。 2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ，其θD 为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m . 解：50K 远低于德拜温度428K ，在此温度下，C v 与T 3成正比，即3T A C v ?= 则 53310330 81 .0-?=== T C A v J/mol·K 4 故50K 时的恒容热容75.3501033 53=??=?=-T A C v J/mol·K 500K 高于德拜温度，故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ，即： 9.2431.833=?=?=R C v J/mol·K 热学作业（二） 1、晶体加热时，晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如，Cu 在室温（20℃）下密度为8.94g/cm 3，待加热至1000℃时，其理论密度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃） 解：因为3202020a m V m D == ，31000 10001000a m V m D ==
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___ 指导教师签字：成绩： 实验一金属拉伸实验 Metal Tensile Test 一、实验目的Experiment Objective 1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率 φ的测定方法。 2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。 3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。 4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。 二、实验概述Experiment Summary 金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。 三、实验用设备The Equipment of Experiment 拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力
实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。液压式万能实验机是最常用的一种实验机。它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。 （一）加载部分The Part of Applied load 这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。其加载方式是液压式的。在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。油缸中的工作活塞支持着小横梁。小横梁和拉杆、工作台组成工作框架，随工作活塞生降。工作台上方装有承压板和弯曲支架，其下方为钳口座，内装夹持拉伸试样用的上夹头。下夹头安装在下钳口座中，下钳口座固定在升降丝杆上。 当电动机带动油泵工作时，通过送油阀手轮打开送油阀，油液便从油箱经油管和进入工作油缸，从而推动活塞连同工作框架一起上升。于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验，在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。实验完毕后，关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀，则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱，工作台下降到原始位置。 （二）测力部分The Part of Measuring Force 加载时，油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同，此油压便推动测力活塞，通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。同时，摆锤上方的推板便推动水平齿杆，使齿轮带动指针旋转。指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比，因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。 四、试样Sample 拉伸试样，通常加工成圆型或矩形截面试样，其平行长度L0等于5d或10d （前者为长试样，后者为短试样），本实验用短试样，即L0=5d。本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。 图1－1圆柱形拉伸试样及尺寸
大学物理实验报告优秀模板 大学物理实验报告模板 实验报告 一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项 二.实验目的 三.实验器材 四.实验原理 五.实验内容、步骤 六.实验数据记录与处理 七.实验结果分析以及实验心得 八.原始数据记录栏(最后一页) 把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报，就叫实验报告。 实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告，物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展，实验的种类、项目等日见繁多，但其格式大同小异，比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料，总结研究成果。 实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验
的总结，更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，是科学论文写作的基础。因此，参加实验的每位学生，均应及时认真地书写实验报告。要求内容实事求是，分析全面具体，文字简练通顺，誊写清楚整洁。 实验报告内容与格式 (一) 实验名称 要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某程序、定律、算法，可写成“验证×××”；分析×××。 (二) 所属课程名称 (三) 学生姓名、学号、及合作者 (四) 实验日期和地点（年、月、日） (五) 实验目的 目的要明确，在理论上验证定理、公式、算法，并使实验者获得深刻和系统的理解，在实践上，掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。一般需说明是验证型实验还是设计型实验，是创新型实验还是综合型实验。 (六) 实验内容 这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。这部分要写明依据何种原理、定律算法、或操作方法进行实验。详细理论计算过程. (七) 实验环境和器材 实验用的软硬件环境（配置和器材）。
材料物理性能实验报告 材料热性能测量实验 专业：材料成型及控制工程 班级： 0802班 姓名：范金龙 学号： 200865097
材料物理性能实验报告二 ——【材料热性能测量实验】 一、实验目的： 1.学习DTAS-1A型测试仪和PCY-Ⅲ型热膨胀系数测试仪的工作原理，掌握它们的使用方法； 2.熟悉材料热容和热膨胀系数测试的试样制备，测试步骤和数据处理方法； 3.深化对材料热容和热膨胀系数物理本质的认识，掌握如何通过热容和热膨胀系数的测试来分析和研究材料。 二、实验原理 1.差热分析(Differential Thermal Analysis，DTA)：在程序控制温度下，测量处于同一条件下样品与标准样品(参比物)的温度差与温度或时间的关系，对组织结构进行分析的一种技术。以参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横座标所得的曲线，称为DTA曲线。 Furnace Thermocouples Sample Reference 2.线膨胀系数：单位温度改变下长度的增加量与的原长度的比值。 平均线膨胀系数计算公式： L：试样室温时的长度(μm) ΔL t：试样加热至t℃时测得的线变量(μm) K t ：测试系统t℃补偿值(μm) ) ( t t L K L t t - - ? = α
t：试样加热温度(℃) t ：室温(℃) 三、实验内容 1.利用DTAS-1A型测试仪测试Sn-Pb合金的熔化曲线 2.利用PCY-Ⅲ型热膨胀系数测试仪分别测试45#钢(室温~850 ℃)和纯Ni(室温~370 ℃)的热膨胀曲线 四、实验操作步骤 1.开设备之前先打开循环水； 2.打开微机差热仪的电源开关； 3.在样品台上放入样品，并关上炉体； 4.启动差热仪程序； 5.输入设置参数：起始温度 100 ℃，终止温度 330 ℃，升温速率 5 ℃ /min； 6.双击“绘图”，并点击“实验开始” 注意事项： 1.加热炉体在任何时候均禁止手触摸，以防烫伤！ 2.升降炉体时轻拿轻放，勿触碰载物台支撑杆； 3.载物台左侧放标准样品(Al 2O 3 )，右侧放待测样品； 4.待测样品放入量勿超出坩埚； 5.请勿动其他实验仪器。 五、 DTAS-1A型测试仪工作步骤及原理 1.将与参比物等量、等粒级的粉末状样品，分放在两个坩埚内，坩埚的底部各与温差热电偶的两个焊接点接触 2.与两坩埚的等距离等高处，装有测量加热炉温度的测温热电偶，它们的各自两端都分别接人记录仪的回路中。 3. 在等速升温过程中，温度和时间是线性关系，即升温的速度变化比较稳定，便于准确地确定样品反应变化时的温度。样品在某一升温区没有任何
材料物理性能期末复 习考点
一名词解释 1.声频支振动：震动着的质点中所包含的频率甚低的格波，质点彼此之间的相位差不大，格波类似于弹性体中的应变波，称声频支振动。 2.光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间的相位差很大，临近质点的运动几乎相反，频率往往在红外光区，称光频支振动。 3.格波：材料中一个质点的振动会影响到其临近质点的振动，相邻质点间的振，动会形成一定的相位差，使得晶格振动以波的形式在整个材料内传播的波。 4.热容：材料在温度升高和降低时要时吸收或放出热量，在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量。 5.一级相变：相变在某一温度点上完成，除体积变化外，还同时吸收和放出潜热的相变。 6.二级相变：在一定温度区间内逐步完成的，热焓无突变，仅是在靠近相变点的狭窄区域内变化加剧，其热熔在转变温度附近也发生剧烈变化，但为有限值的相变。 7.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。 8.热膨胀分析：利用试样体积变化研究材料内部组织的变化规律的方法。 9.热传导：当材料相邻部分间存在温度差时，热量将从温度高的区域自动流向温度低的区域的现象。 10.热稳定性（抗热震性）：材料称受温度的急剧变化而不致破坏的能力。 11.热应力：由于材料的热胀冷缩而引起的内应力。 12.材料的导电性：在电场作用下，材料中的带电粒子发生定向移动从而产生宏观电流 13.载流子：材料中参与传导电流的带电粒子称为载流子 14.精密电阻合金：需要电阻率温度系数TRC或者α数值很小的合金，工程上称其为精密电阻合金 15.本征半导体：半导体材料中所有价电子都参与成键，并且所有键都处于饱和（原子外电子层填满）状态，这类半导体称为本征半导体。 16. n型半导体:掺杂半导体中或者所有结合键处被价电子填满后仍有部分富余的价电子的这类半导体。 17. p型半导体：在所有价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子，而出现一些空穴的一类半导体。 18.光致电导：半导体材料材料受到适当波长的电磁波辐射时，导电性会大幅升高的现象。
八年级（下）物理探究实验报告单 一练习使用弹簧测力计 班级姓名 实验目的：会正确使用弹簧测力计 实验器材：弹簧测力计一个，其余学生自备。 1.观察：弹簧测力计的量程是，分度值是。 2.检查：指针是否指在零刻度线上？指针是否与平板之间有摩擦? 3.感受： 用手拉测力计，使指针分别指在1N、3N、5N，感受一下1N、3N、5N的力的大小。 4.测量： （1）把笔袋挂在挂钩上，提起笔袋，笔袋对测力计的拉力，F= （2）把笔袋挂在挂钩上，在桌面上水平拖动笔袋，笔袋对测力计的拉力，F= （3）拉断一根头发，所需要的力，F= 5．使用弹簧测力计时： （1）如果所测量的力的大小超出测力计的量程，会 （2）如果没有认清分度值，会 （3）如果指针指在零刻度线的上方或下方就进行测量，会使测量值或 八年级（下）物理探究实验报告单 二探究重力的大小跟质量的关系 班级姓名 实验目的：正确使用弹簧测力计，正确记录实验数据，正确绘制数据图像，根据实验数据和图像总结出重力的大小跟质量的关系
实验器材：弹簧测力计一个，勾码一盒。 1.看勾码盒上的标注，每个勾码的质量是 kg。 2.逐次增挂钩码个数，测出所受重力，并记录在下面的表格中。 实验次数一个钩码两个钩码三个钩码四个钩码五个钩码六个钩码 质量m/kg 重力G/N 重力与质量之比 3.在右图中，以质量为横坐标，重力为纵坐标， 描点并画出重力与质量的关系图像。 4.分析数据和图像，重力与质量的关系是 重力与质量的比值是（用g表示）。重 力与质量的关系式用字母表示为： 5. 重力与质量的比值g=9.8N/kg，表示的物理 意义是 八年级（下）物理探究实验报告单 三探究二力平衡的条件 班级姓名 实验目的：通过探究，知道作用在一个物体上的两个力满足什么条件时，才能平衡。 实验器材：长木板（两端有滑轮）一个，小车一个（两端有挂钩），钩码一盒，细绳两段。 1.小车保持平衡状态，是指小车处于状态或状态。 2.按右图所示装好器材 3. 两端挂上数量不相等的钩码，观察小车的运动状态。